DE19716330C2

DE19716330C2 - Process for producing a coating on a grinding tool and use of the process

Info

Publication number: DE19716330C2
Application number: DE19716330A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Matthee; Lothar Schaefer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2017-04-19
Also published as: US6042886A; DE19716330A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf ei nem Schleifwerkzeug.The invention relates to a method for producing a coating on egg grinding tool.

Es ist bekannt, Schleifwerkzeuge mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Diamantschicht zu versehen. Dabei wird die Oberflächenmorphologie der Be schichtung stets so eingestellt, daß eine glatte Schicht auf dem Grundkörper abgeschieden wird. Zum Schaffen eines entsprechenden Spanraumes für das Schleifen wird der Grundkörper mit einer Struktur, beispielsweise einem Außen gewinde versehen. Die auf dem Grundkörper abgeschiedene Diamantschicht hat als glatte Schicht die Aufgabe, einen Verschleißschutz und Schneidstoff für die Zerspanung zu bilden, denn in der Regel werden standfeste Schneidkanten und niedrige Reibkoeffizienten verlangt.It is known to have grinding tools with a coating, for example one Diamond layer. The surface morphology of the Be Layering always adjusted so that a smooth layer on the body is deposited. To create a corresponding chip space for the The basic body is ground with a structure, for example an outside thread. The diamond layer deposited on the base body has the task as a smooth layer, wear protection and cutting material for to form the cutting, because usually there are stable cutting edges and requires low coefficients of friction.

Aus der DE 43 39 326 A1 ist in diesem Zusammenhang zwar kein Schleifwerk zeug, aber eine Abrichtrolle für Schleifscheiben bekannt. Der Grundkörper der Abrichtrolle ist mit einem Gewindeprofil mit einer Zahnhöhe von etwa 1 mm ver sehen. Hierauf sind Diamantschichten mit einer Stärke von 50 bis 500 µm auf gedampft. Diese glatte Diamantschicht bildet mit den Gewindegängen Schneid kanten für die Abrichtrolle und in den Vertiefungen der Gewindegänge ist genü gend Spanraum vorhanden.In this context, DE 43 39 326 A1 does not refer to a grinding mechanism stuff, but a dressing roller for grinding wheels is known. The basic body of the Dressing roller is ver with a thread profile with a tooth height of about 1 mm see. There are diamond layers with a thickness of 50 to 500 microns on steamed. This smooth diamond layer forms cutting with the threads edging for the dressing roller and in the recesses of the threads is sufficient enough chip space available.

Es ist auch bekannt, einen Schleifbelag mit einzelnen Diamantkörnern in einer metallischen Binderphase zu verwenden. Die Binderphase kann galvanisch auf gebracht sein und dient neben der Verankerung der Diamantkörner dem gezielten Verschleiß. Der Spanraum ergibt sich bei diesen Werkzeugen dadurch, daß die Binderphase verschleißt und die Diamantkörner dann einen Überstand dieser gegenüber aufweisen. Diese Werkzeuge zu profilieren, ist sehr zeitaufwendig und erfordert viel Erfahrung. It is also known to have an abrasive coating with individual diamond grains in one use metallic binder phase. The binder phase can be galvanically be brought and serves in addition to the anchoring of the diamond grains targeted wear. The chip space results from these tools in that the binder phase wears out and the diamond grains then unite Have a projection of this. Profiling these tools is very time consuming and requires a lot of experience.

Aus der WO 96/41897 A2 ist ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen mittels eines plasmagestützten Ablagerns von Diamantschichten bekannt. Theoretisch wird dabei die Möglichkeit erwähnt, Schleifscheiben so herzustellen.WO 96/41897 A2 describes a method for treating surfaces known by means of plasma-supported deposition of diamond layers. Theoretically, the possibility of producing grinding wheels in this way is mentioned.

Die WO 96/30557 A1 erwähnt ebenfalls die Möglichkeit, mit einem plasmaun terstützten Beschichtungsverfahren Diamant auf einem Schleifwerkzeug abzu scheiden.WO 96/30557 A1 also mentions the possibility of using a plasmaun supported coating process diamond on a grinding tool divorce.

Beide Druckschriften geben keinerlei praktische Hinweise, ob es tatsächlich möglich ist, auf diese Weise ein Schleifwerkzeug herzustellen; es ist sehr zwei felhaft, ob eine präzise Definition von Eigenschaften des herzustellenden Schleifwerkzeugs bei plasmaunterstützten Verfahren realisiert werden kann.Neither publication gives any practical information as to whether it is actually it is possible to produce a grinding tool in this way; it is very two flawed whether a precise definition of properties of the manufactured Grinding tool can be realized in plasma-assisted processes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Schleifwerkzeug zu schaffen, bei dem eine Dia mantbeschichtung als Schleifbelag vorgesehen ist.The invention has for its object a new method of manufacture to create a coating on a grinding tool in which a slide mant coating is provided as an abrasive coating.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine rauhe Diamantbe schichtung oder Diamantschicht auf der Oberfläche eines Grundkörpers des Schleifwerkzeuges durch Gasphasenabscheidung als Schleifbelag erzeugt wird, bei dem diese Diamantschicht im Heißdraht-CVD-(HF-CVD-)Verfahren auf dem Schleifwerkzeug abgeschieden wird und bei dem die Textur der Beschichtung so eingestellt wird, daß möglichst viele Spitzen frei stehen. Ein aufwendiges und teures Profilieren von metallgebundenem Diamantbelag bei bekannten Dia mantschleifwerkzeugen ist nicht mehr erforderlich. Im meistens englisch als "Hot Filament Chemical Vapor Deposition" bezeichneten (HF-CVD)-Verfahren aufzutragende Diamantschichten lassen sich recht leicht auf einem zu bearbeitenden Grundkörper konturgetreu abscheiden. Bei Wahl eines glatten Grundkörpers mit einer rauhen Diamantschicht, die im HF-CVD-Verfahren auf dem Grundkörper abgeschieden wurde, wird auch ohne eine Binderphase wie beispielsweise Kobalt ein ausreichend großer Spanraum für eine Feinbearbei tung von Werkstücken erzielt. The problem is solved by a method in which a rough diamond be layering or diamond layer on the surface of a base body of the Grinding tool is generated by gas phase deposition as a grinding surface, in which this diamond layer in the hot wire CVD (HF-CVD) process on the Grinding tool is deposited and in which the texture of the coating is set so that as many peaks as possible are free. An elaborate and expensive profiling of metal-bonded diamond coating with known slides Belt grinding tools are no longer required. Mostly English as "Hot Filament Chemical Vapor Deposition" (HF-CVD) process Diamond layers to be applied are quite easy on one Separate the machining base according to the contour. When choosing a smooth one Base body with a rough diamond layer, which is based on the HF-CVD process the main body has been deposited, is also like without a binder phase for example cobalt is a sufficiently large chip space for fine machining processing of workpieces.

Es erweist sich auch als vorteilhaft, daß ein nach häufigem Verwenden even tuell abgenutztes Werkzeug, bei dem der Grundkörper freiliegt und die Dia mantbeschichtung abgetragen wurde, erneut im HF-CVD-Verfahren beschichtet werden kann.It also proves to be advantageous that even after frequent use worn tool with the body exposed and the slide shell coating was removed, coated again in the HF-CVD process can be.

Für den Fachmann erweist es sich als besonders erstaunlich und prinzipiell ab wegig, daß eine reine Diamantschicht als Schleifschicht dienen kann. Die Rauhigkeit der Schicht kann vorteilhaft eingestellt und vorzugsweise an den bestimmten Anwendungsfall angepaßt werden.For the specialist, it turns out to be particularly astonishing and in principle way that a pure diamond layer can serve as an abrasive layer. The Roughness of the layer can advantageously be set and preferably to the be adapted to a specific application.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem möglichst wenig Oberflächen rauhigkeit als Ziel gesetzt ist, um beim Schleifen möglichst glatte Oberflächen zu hinterlassen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine möglichst große Rauhigkeit zum Schaffen eines möglichst großen Spanraumes, der bei der Oberflächenbearbeitung erwünscht ist, eingestellt. Ein nicht ausreichender Spanraum würde nämlich zu dem Wiedereinarbeiten von Spänen in die zu be arbeitende Oberfläche und zu sonstigen Beeinträchtigungen der Funktion des Schleifwerkzeugs führen. Erfindungsgemäß wird nun ausreichender Spanraum zur Verfügung gestellt, gleichzeitig kann durch die Beschichtung aus Diamant aber im Mikrobereich wiederum sichergestellt werden, daß gleichwohl eine glatte und ausgezeichnete Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks entsteht. Die Aufrauhung des Werkzeugs wirkt daher im Gegensatz zum Vorurteil des Fachmannes hier nicht kontraproduktiv. Anhand von Tests kann dies bereits be legt werden.In contrast to the prior art, with as few surfaces as possible Roughness is the goal to ensure that surfaces are as smooth as possible is left as large as possible in the method according to the invention Roughness to create as large a chip space as possible Surface treatment is desired. An insufficient one Spanraum would namely for the reworking of chips in the be working surface and other impairments of the function of the Guide grinding tool. According to the invention, there is now sufficient chip space provided, at the same time can be through the coating of diamond but in the micro range, in turn, it must be ensured that, nevertheless, a smooth and excellent surface of the machined workpiece. The Roughening the tool is therefore contrary to the prejudice of the Specialist not counterproductive here. Based on tests, this can already be be placed.

Im Prinzip wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Schleifwerkzeug geschaffen, bei dem eine rauhe Diamantbeschichtung auf der Oberfläche des Schleifwerkzeugs durch Gasphasenabscheidung als Schleif belag erzeugt wird. Erfolgreich wird das Hot Filament Chemical Vapor Deposi tion (HF-CVD)-Verfahren, vorgesehen. Die Diamantschicht wird dabei direkt vorzugsweise als phasenrein geschlossene Schicht auf dem Grundkörper des Schleifwerkzeuges abgeschieden. Es erweist sich auch als sehr vorteilhaft, die Diamantschicht in Verbindung mit geringen Mengen graphitisch gebundenen Kohlenstoffs zusammen abzuscheiden. Der graphitisch gebundene Kohlenstoff in der HF-CVD-Diamantschicht kann zunächst verschleißen und gibt nach und nach den zwischen den Diamantkristallen vorgesehenen Spanraum frei.In principle, a method for producing a coating on a Grinding tool created with a rough diamond coating on the Surface of the grinding tool by gas phase deposition as grinding covering is generated. The Hot Filament Chemical Vapor Deposi is successful tion (HF-CVD) method. The diamond layer becomes direct preferably as a phase-closed layer on the base of the Grinding tool deposited. It also proves to be very beneficial to that Diamond layer combined with small amounts of graphitically bound To deposit carbon together. The graphitically bound carbon in the HF-CVD diamond layer can wear out initially and gradually gives way according to the chip space provided between the diamond crystals.

Einerseits kann die Diamantschicht auf einem glatten Grundkörper abgeschie den werden. Andererseits wird der Grundkörper vorzugsweise vor dem Ab scheiden der Diamantschicht aufgerauht. Dies kann beispielsweise durch Sandstrahlen, Bearbeiten mit einer Feile, Schleifscheibe oder Bürste oder auch durch Bearbeitung mit einer Läppscheibe geschehen. Es wird bei der Bearbei tung mit einer Läppscheibe vorzugsweise eine sehr grobe Körnung, insbeson dere eine Körnung von » 10 µm, besonders bevorzugt von etwa 213 µm ge wählt. Eine solche grobe Körnung ist ausgesprochen ungewöhnlich für das Läppen, das normalerweise mit Korngrößen von wenigen µm arbeitet. Von ei nem Fachmann auf diesem Gebiet würde eine solch grobe Körnung normaler weise nie in Betracht gezogen werden. Sie erweist sich jedoch im vorliegenden Fall als vorteilhaft, weil nicht nur eine Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit da durch erzielt wird, sondern zusätzlich noch eine notwendige Vorbekeimung der zu beschichtenden Oberfläche des Grundkörpers auf diese Weise zugleich durchgeführt wird. Eine Vorbekeimung des Grundkörpers geschieht vorzugs weise bei Verwendung von körnigem Diamantmaterial oder Diamantwerkzeugen bei der Aufrauhung des Grundkörpers. Dadurch wird ein Arbeitsgang bei der Herstellung des Werkzeuges eingespart, mit entsprechenden Kosten- und Zeitvorteilen.On the one hand, the diamond layer can be shot on a smooth base body that will. On the other hand, the base body is preferably before the Ab roughened the diamond layer. This can be done, for example Sandblasting, processing with a file, grinding wheel or brush or also done by machining with a lapping wheel. It is in the process with a lapping disc, preferably a very coarse grain, in particular a grain size of »10 µm, particularly preferably of about 213 µm elects. Such a coarse grit is extremely unusual for that Lapping, which normally works with grain sizes of a few µm. From egg Such a coarse grain would become more normal to a person skilled in the art wise never be considered. However, it proves itself in the present Case as advantageous because there is not only an increase in surface roughness is achieved by, but also a necessary pre-germination of the surface of the base body to be coated in this way at the same time is carried out. Pre-germination of the body is preferred wise when using granular diamond material or diamond tools when roughening the body. This will make one operation at Manufacturing of the tool saved, with corresponding cost and Time savings.

Alternativ zum Aufrauhen des glatten Grundkörpers kann auch ein poröser Grundkörper verwendet werden. Dieser weist bereits von sich aus eine aufge rauhte Oberfläche auf.As an alternative to roughening the smooth base body, a porous one can also be used Basic body can be used. This already has one of its own roughened surface.

Durch die Aufrauhung des Grundkörpers wird die CVD-Diamantschicht auch mechanisch mit dem Grundkörper gut verankert und zeigt eine gute Haftung auf diesem. By roughening the body, the CVD diamond layer is also mechanically well anchored to the base body and shows good adhesion this.

Bei der Aufrauhung des Grundkörpers des Schleifwerkzeugs sollte darauf ge achtet werden, daß die von dem Werkzeug zu erfüllenden Toleranzen nicht überschritten werden, da meist Präzisionswerkzeuge beschichtet werden. Die Aufrauhung sollte jedenfalls so bemessen werden, daß die Diamantschicht gerade gut haftet.When roughening the base of the grinding tool, it should be used care is taken that the tolerances to be met by the tool are not exceeded, since mostly precision tools are coated. The In any case, roughening should be such that the diamond layer just adheres well.

Zum Schaffen einer rauhen CVD-Diamantschicht trägt der Abscheidungsprozeß selbst bei. Anders als beim Stand der Technik wird der Abscheidevorgang so eingestellt, daß sich eine möglichst rauhe Oberfläche, entsprechend einer (111)- oder (110)-Textur ergibt. Es sollen also möglichst viele Spitzen frei stehen. Um einen möglichst großen Spanraum zu erzielen, sollten die Körner, die die ein zelnen Spitzen bilden, möglichst groß wachsen. Dabei wird vorzugsweise darauf geachtet, daß eine sekundäre Keimbildung vermieden wird. Eine sekundäre Keimbildung beinhaltet, daß sich auf der Oberfläche der großen Körner oder Diamant-Kristalle kleinere Kristalle bilden und dort wachsen. Das Aufwachsen kleinerer Kristalle auf der Oberfläche eines großen führt letztendlich zu einer Verringerung der Rauhigkeit und damit zu einer Verringerung des Spanraumes. Dies soll aber gerade vermieden werden.The deposition process helps to create a rough CVD diamond layer even at. Unlike the prior art, the separation process is like this adjusted that a surface as rough as possible, corresponding to a (111) - or (110) texture results. So there should be as many peaks as possible. Around To achieve the largest possible chip space, the grains should be the one form individual tips, grow as large as possible. It is preferably on it made sure that secondary nucleation is avoided. A secondary Nucleation involves that on the surface of the large grains or Diamond crystals form smaller crystals and grow there. Growing up Smaller crystals on the surface of a large one ultimately result in one Reduction of the roughness and thus a reduction of the chip space. But this should be avoided right now.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine möglichst hohe Substrattem peratur, insbesondere eine Temperatur von 900 bis 1000°C eingestellt. Diese ist im Vergleich zu einer bekannten Beschichtung von Hartmetall mit einer glat ten Diamantschicht sehr hoch. Bei der Beschichtung wird ein Methananteil von vorzugsweise etwa 1,0 bis 1,2% gewählt. Um einen größeren Anteil graphitisch gebundenen Kohlenstoffs zwischen den Diamantkörnern zu erhalten, kann der Methananteil noch weiter erhöht werden. Der Anteil graphitisch gebundenen Kohlenstoffs läßt sich durch den Methananteil einstellen. Für die genannten Pa rameter stellen sich beispielsweise Rauhigkeitswerte bei einem Werkzeug von Rz = 10 µm bei einer Schichtdicke von 20 µm bis 30 µm ein. Wird ein solches Schleifwerkzeug zum Schleifen von Korund eingesetzt, ergibt sich an dem Werkstück beispielsweise eine Rauhigkeit von etwa Rz = 5 µm.In the method according to the invention, the highest possible substrate is used temperature, in particular a temperature of 900 to 1000 ° C. This is compared to a known coating of hard metal with a smooth diamond layer very high. A methane content of preferably selected about 1.0 to 1.2%. Graphitically for a larger proportion To get bound carbon between the diamond grains, the Methane content can be increased even further. The proportion graphically bound Carbon can be adjusted through the methane content. For the Pa Parameters, for example, are roughness values for a tool from Rz = 10 µm with a layer thickness of 20 µm to 30 µm. Will be one Grinding tool used for grinding corundum results from the Workpiece, for example, has a roughness of approximately Rz = 5 µm.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbei spiele eines Verfahrens zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Schleif werkzeug anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:In order to explain the invention in more detail, the following are examples games of a method for producing a coating on a grinding Tool described using the drawings. These show in:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des Verfahrensablaufs der Beschichtung eines Schleifwerkzeuges, Fig. 1 is a schematic diagram of the process flow of the coating of a grinding tool,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch die Oberfläche eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Werkzeuges mit einem aufgerauhten Grundkörper, Fig. 2 shows a schematic section through the surface of a coated tool by the present process with a roughened base body,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch eine zweite Ausführungs form eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Werkzeuges mit glattem Grundkörper, und Fig. 3 is a schematic sectional view through a second embodiment form of a tool coated by the inventive method with a smooth base, and

Fig. 4 eine Prinzipskizze von erfindungsgemäß abgeschiedenen Diamant kristallen mit graphitischem Anteil. Fig. 4 is a schematic diagram of deposited according to the invention diamond crystals with a graphitic portion.

In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze des Verfahrensablaufs zur Beschichtung eines Schleifwerkzeuges mit einem Grundkörper dargestellt. Im Detailausschnitt ist ein Grundkörper 1 mit glatter Oberfläche 2 dargestellt. Im Verfahrensschritt I wird der glatte Grundkörper 1 aufgerauht. Dies wird durch Bearbeiten mit einem Diamantwerkzeug 3 erreicht. Das Diamantwerkzeug 3 kann beispielsweise eine Feile oder eine Läppscheibe sein. Vorteilhaft kann auch eine Bürste eingesetzt werden. Sowohl Feile als auch Läppscheibe weisen vorteilhaft eine grobe Körnung der Diamantkörner 4 auf, beispielsweise eine 213 µm-Körnung.In Fig. 1 a schematic diagram of the procedure is shown for coating a grinding tool with a base body. A detail 1 shows a base body 1 with a smooth surface 2 . In method step I, the smooth base body 1 is roughened. This is achieved by machining with a diamond tool 3 . The diamond tool 3 can be, for example, a file or a lapping disk. A brush can also advantageously be used. Both the file and the lapping disk advantageously have a coarse grain size of the diamond grains 4 , for example a 213 μm grain size.

Alternativ zu der Bearbeitung mit einem Diamantwerkzeug 3 kann der Grund körper 1 auch gesandstrahlt werden. Dies ist in Fig. 1 durch eine Düse 5 mit Sand 6 skizziert. Vorzugsweise wird der Grundkörper 1 während der Behand lung zum Aufrauhen rotiert, um allseitig optimal bearbeitet werden zu können. As an alternative to machining with a diamond tool 3 , the base body 1 can also be sandblasted. This is sketched in Fig. 1 by a nozzle 5 with sand 6 . The base body 1 is preferably rotated during the treatment for roughening in order to be optimally machined on all sides.

Das Werkzeug kann beispielsweise ein konventionelles Werkzeug fürs Honen oder aber ein Stift, eine Trennscheibe oder ähnliches sein.The tool can be a conventional honing tool, for example or a pin, a cutting disc or the like.

Durch die Bearbeitung mit dem Diamantwerkzeug oder durch das Sandstrahlen erhält der Grundkörper 1 die im Verfahrensschritt II gezeigte aufgerauhte Ober fläche 2. Für die Beschichtung mit der Diamantschicht im CVD-Verfahren ist es jedoch nicht erforderlich, den Grundkörper wie im Verfahrensschritt I dargestellt, aufzurauhen. Diese Aufrauhung erweist sich zur Verbesserung der Haftung der aufzutragenden Diamantschicht und zur Vorbekeimung der Oberfläche des Grundkörpers als vorteilhaft.By machining with the diamond tool or by sandblasting, the base body 1 receives the roughened upper surface 2 shown in method step II. For coating with the diamond layer in the CVD process, however, it is not necessary to roughen the base body as shown in process step I. This roughening proves to be advantageous for improving the adhesion of the diamond layer to be applied and for pre-germinating the surface of the base body.

Zur weiteren Verbesserung der Haftung der im Verfahrensschritt IV aufzu tragenden Diamantschicht wird vorteilhaft im Verfahrenschritt III der aufgerauhte Grundkörper mit einer Zwischenschicht 7 versehen. Die Zwischenschicht 7 verhindert oder vermindert vorteilhaft ein Ausgasen von Kohlenstoff, wenn bei spielsweise Graphit als Grundkörper verwendet wird. Die Zwischenschicht 7 ist also dicht und vereinfacht das Abscheiden von Diamant auf dem Grundkörper 1. Bei der Verwendung anderer Grundkörper, wie z. B. Stahl, kann eine Zwischenschicht 7 auch die Diffusion von solchen Elementen an die Oberfläche vermindern, die das Diamantwachstum hemmen. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Zwischenschicht ebenfalls rauh und unterstützt daher die Rauhigkeit der Oberfläche des Grundkörpers. Die Zwischenschicht wird nach dem Auftragen vorteilhaft noch vorbekeimt. Sie kann beispielsweise eine Platin- und/oder Goldschicht sein.To further improve the adhesion of the diamond layer to be applied in method step IV, the roughened base body is advantageously provided with an intermediate layer 7 in method step III. The intermediate layer 7 advantageously prevents or reduces outgassing of carbon if, for example, graphite is used as the base body. The intermediate layer 7 is therefore dense and simplifies the deposition of diamond on the base body 1 . When using other basic bodies, such as. B. steel, an intermediate layer 7 can also reduce the diffusion of such elements to the surface that inhibit diamond growth. The surface of the intermediate layer is preferably also rough and therefore supports the roughness of the surface of the base body. The intermediate layer is advantageously pre-germinated after application. For example, it can be a platinum and / or gold layer.

Im Verfahrensschritt IV findet die eigentliche Beschichtung mit einer Diamant schicht 8 statt. Der vorbereitete Grundkörper 1 ist in eine Vorrichtung zur Durchführung eines Gasphasenabscheidungs- oder Chemical Vapor Deposition (CVD)-Verfahrens eingefügt. Vorzugsweise wird ein Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HF-CVD)-Verfahren durchgeführt. Von einer solchen Vor richtung zur Durchführung des Gasphasenabscheidungsverfahrens ist lediglich ein Filament 9 dargestellt. Für die Beschichtung wird eine im Vergleich zu der Diamantbeschichtung von Hartmetall recht hohe Substrattemperatur gewählt. In process step IV, the actual coating with a diamond layer 8 takes place. The prepared base body 1 is inserted into a device for carrying out a gas phase deposition or chemical vapor deposition (CVD) process. A hot filament chemical vapor deposition (HF-CVD) process is preferably carried out. From such a device for carrying out the vapor deposition process, only one filament 9 is shown. A very high substrate temperature is selected for the coating in comparison to the diamond coating of hard metal.

Vorzugsweise werden Temperaturen von 900 bis 1000°C gewählt. Durch Variation des Methananteils bei der Gasphasenabscheidung kann die Zusam mensetzung der Diamantbeschichtung hinsichtlich eventuell vorhandener und/oder vorgesehener Anteile graphitisch gebundenen Kohlenstoffs verändert werden.Temperatures of 900 to 1000 ° C. are preferably selected. By Varying the methane content in the gas phase separation can bring together setting of the diamond coating with regard to any existing and / or intended proportions of graphitically bound carbon become.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Detailausschnitt eines nach dem Verfahren gemäß Fig. 1 beschichteten Werkzeugs im Schnitt. Durch Aufrauhen des Grundkörpers 1 weist dessen Oberfläche 2 Spitzen und Zacken auf. Diese werden umgeben von der Diamantbeschichtung 8. Die Spitzen und Zacken geben eine unregelmäßig starke Rauhigkeit vor, die durch die Beschichtung nicht ausgeglichen oder nennenswert eingeebnet wird. Vielmehr wird diese Rauhigkeit noch durch die Konsistenz und Beschaffenheit der Diamant beschichtung verstärkt. FIG. 2 shows a schematic detail section of a tool coated by the method according to FIG. 1 in section. By roughening the base body 1 , its surface has 2 tips and serrations. These are surrounded by the diamond coating 8 . The tips and serrations indicate an irregularly strong roughness, which is not compensated for by the coating or evened out appreciably. Rather, this roughness is reinforced by the consistency and nature of the diamond coating.

Die Diamantschicht dient einerseits dem Spanabtrag auf der Oberfläche des Werkstücks, andererseits aber auch als Verschleißschutz der Oberfläche des Grundkörpers. Der Grundkörper ist gerade so stark aufgerauht, daß die Diamantschicht auf ihm gut haftet und die von dem Werkzeug als Präzisionswerkzeug zu erfüllenden Toleranzen nicht überschritten werden.The diamond layer serves on the one hand to remove chips on the surface of the Workpiece, but also as wear protection for the surface of the Basic body. The base body is roughened so much that the Diamond layer adheres well to it and that of the tool as Precision tool tolerances must not be exceeded.

Anstelle des Verfahrensschrittes I gemäß Fig. 1 zum Erzielen einer aufgerauhten Oberfläche des Grundkörpers kann vorzugsweise auch ein poröser Grundkörper gewählt werden. Dessen Oberfläche zeigt dann ein ähnliches Bild wie die aufgerauhte Oberfläche 2 des Grundkörpers 1 gemäß Fig. 2. Die Porosität sollte im wesentlichen möglichst groß gewählt werden, insbesondere liegt sie bei 12 bis 15%.Instead of method step I according to FIG. 1 for achieving a roughened surface of the base body, a porous base body can preferably also be selected. Its surface then shows a picture similar to that of the roughened surface 2 of the base body 1 according to FIG. 2. The porosity should essentially be as large as possible, in particular it is 12 to 15%.

Als Material für den Grundkörper wird vorteilhaft ein Material gewählt, mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere mit einem Ausdehnungs koeffizienten von 1,3 . 10^-6 1/K bis 1,6 . 10^-6 1/K, um auch bei den hohen Beschichtungstemperaturen ein optimales Ergebnis der Beschichtung zu erzielen.A material with a small expansion coefficient, in particular with an expansion coefficient of 1.3, is advantageously selected as the material for the base body. 10 ^-6 1 / K to 1.6. 10 ^-6 1 / K, in order to achieve an optimal coating result even at high coating temperatures.

Diamant weist einen sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1 . 10^-6 1/K auf. Daher kommt es nach der Beschichtung bei hohen Temperaturen und anschließendem Abkühlen auf Raumtemperatur zu erheb lichen thermischen Spannungen, sofern der Ausdehnungskoeffizient des Grund körpers nicht angepaßt ist. Diese Spannungen können so groß werden, daß es zu unerwünschten Abplatzungen der Beschichtung kommt, wenn die Schichtan bindung an den Grundkörper nicht optimal ist.Diamond has a very small coefficient of expansion of around 1. 10 ^-6 1 / K on. Therefore, there is considerable thermal stress after coating at high temperatures and then cooling to room temperature, provided that the expansion coefficient of the basic body is not adapted. These tensions can become so great that undesirable flaking of the coating occurs if the layer connection to the base body is not optimal.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Beschichtung eines Werkzeuges mit einem glatten Grundkörper 1 dargestellt. Auf den glatten Grundkörper ist eine rauhe Diamantschicht 10 abgeschieden. Die rauhe Diamantschicht ist so vorgesehen, daß möglichst viele Spitzen frei stehen. Eine solche Textur wird mit (111) oder (110) bezeichnet. Der zum Zerspanen benötigte Spanraum wird bei der dargestellten Diamantschicht durch die Zwischenräume zwischen den Kristallen selbst zur Verfügung gestellt. Ein solches Schleifwerkzeug eignet sich besonders für die Feinbearbeitung von Werkstücken. Für den Fachmann ist es erstaunlich, daß mit einer durch ein Gasphasenabscheideverfahren auf einem glatten Grundkörper abgeschiedenen Diamantschicht überhaupt ein Schleifen möglich ist. Ein Schleiffachmann würde einerseits die Rauhigkeit einer im Gasphasenabscheideverfahren abge schiedenen Diamantschicht für zu gering halten im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen und andererseits das Mangeln einer sogenannten Binderphase, wie sie bei konventionellen Werkzeugen für einen gezielten Verschleiß vorgesehen ist, bemängeln. FIG. 3 shows a second embodiment of a coating of a tool produced according to the invention with a smooth base body 1 . A rough diamond layer 10 is deposited on the smooth base body. The rough diamond layer is designed so that as many tips as possible are free. Such a texture is denoted by (111) or (110). The chip space required for machining is provided in the diamond layer shown by the spaces between the crystals themselves. Such a grinding tool is particularly suitable for the fine machining of workpieces. It is astonishing to the person skilled in the art that grinding is possible at all with a diamond layer deposited on a smooth base body by a gas phase deposition method. A grinding specialist would, on the one hand, consider the roughness of a diamond layer deposited in the gas phase deposition process to be too low in comparison to conventional tools and, on the other hand, complain about the lack of a so-called binder phase, as is intended for targeted wear in conventional tools.

Um ein Haften der Diamantschicht auf dem glatten Grundkörper zu begünstigen wird dieser zunächst vor der Gasphasenabscheidung vorteilhaft vorbekeimt. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine phasenreine, geschlos sene Diamantschicht ohne Zusätze wie beispielsweise Kobalt direkt auf dem glatten Grundkörper abgeschieden. Bei dem Gasphasenabscheideverfahren kann aber auch graphitisch gebundener Kohlenstoff in die CVD-Diamantschicht mit eingebaut werden. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 schematisch skizziert. Eine solche Schicht 11 aus graphitisch gebundenem Kohlenstoff umlagert die einzelnen Diamantkristalle 12. Der Spanraum S wird durch die jeweilige obere Begrenzung der Diamantkristalle 12 und der Schicht 11 aus graphitisch gebundenem Kohlenstoff erzeugt.In order to promote adherence of the diamond layer on the smooth base body, this is first advantageously pre-germinated before the gas phase deposition. In the embodiment shown in FIG. 3, a phase-pure, closed diamond layer is deposited directly on the smooth base body without additives such as cobalt. In the gas phase deposition process, graphitically bound carbon can also be incorporated into the CVD diamond layer. Such an embodiment is outlined schematically in FIG. 4. Such a layer 11 of graphitically bonded carbon surrounds the individual diamond crystals 12 . The chip space S is generated by the respective upper limit of the diamond crystals 12 and the layer 11 of graphitically bonded carbon.

Der graphitisch gebundene Kohlenstoff wird im Vergleich zur Diamantschicht recht schnell verschlissen und gibt nach und nach wieder neuen Spanraum zwischen den einzelnen Diamantkristallen 12 frei.The graphitically bound carbon is worn out very quickly compared to the diamond layer and gradually releases new chip space between the individual diamond crystals 12 .

Der Anteil des graphitisch gebundenen Kohlenstoffs in der Diamantschicht kann durch entsprechende Variation des Methananteils bei der Gasphasenab scheidung eingestellt werden. Beispielsweise beträgt der Methananteil bei der Gasphasenabscheidung etwa 1,0 bis 1,2%. Bei der Gasphasenabscheidung werden die einzustellenden Parameter, wie Zeit, Temperatur, Gasanteile etc., so gewählt, daß, wie ideal in Fig. 4 dargestellt, möglichst nur große Kristalle 12 wachsen. Auf der Oberfläche der großen Diamantkristalle 12 können nämlich durch sekundäre Keimbildung auch kleinere Kristalle wachsen. Dieses würde aber zu einer Verringerung der Rauhigkeit der Diamantschicht und damit ebenfalls zu einer Verringerung des zur Verfügung stehenden Spanraumes S führen, was unerwünscht ist.The proportion of graphitically bound carbon in the diamond layer can be adjusted by varying the proportion of methane in the gas phase separation. For example, the methane content in the gas phase separation is approximately 1.0 to 1.2%. In the gas phase deposition, the parameters to be set, such as time, temperature, gas fractions etc., are selected such that, as ideally shown in FIG. 4, only large crystals 12 grow if possible. Namely, smaller crystals can also grow on the surface of the large diamond crystals 12 by secondary nucleation. However, this would lead to a reduction in the roughness of the diamond layer and thus also to a reduction in the available chip space S, which is undesirable.

Die Diamantschicht wächst zunächst phasenrein auf. Dadurch wird eine gute Haftung der Diamantschicht an dem Grundkörper erzielt. Erst wenn die Diamantschicht gänzlich geschlossen und bereits eine etwa 2 µm dicke Diamantschicht aufgewachsen ist, wird die Gasphase während des laufenden Abscheideverfahrens geändert. Die Änderung zielt darauf, daß sich graphitisch gebundener Kohlenstoff und Diamant gleichermaßen abscheiden. Dadurch wird der vorteilhafte Effekt des kontinuierlichen Schaffens von Spanraum erzielt. The diamond layer initially grows out of phase. This will be a good one Adhesion of the diamond layer achieved on the base body. Only when the Diamond layer completely closed and already about 2 µm thick Diamond layer has grown, the gas phase is ongoing Deposition procedure changed. The change aims to be graphitic Separate bound carbon and diamond equally. This will achieved the beneficial effect of the continuous creation of chip space.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf Werkzeugen beispielsweise Rauhigkeitswerte von Rz = 10 µm und eine Schichtdicke der Diamantschicht von 20 bis 30 µm erzeugt werden. Schleifwerkzeuge mit einem Rauhigkeitswert von Rz = 10 µm können beim Abschleifen von einem Werkstück aus Korund auf diesem Werkstück beispielsweise eine Rauhigkeit von Rz = 5 µm erzeugen. Es wird damit etwa der halbe Rauhigkeitswert des Werkstücks bezüglich des Rauhigkeitswertes des Werkzeuges erzeugt.With the method according to the invention, for example, on tools Roughness values of Rz = 10 µm and a layer thickness of the diamond layer from 20 to 30 µm are generated. Grinding tools with a roughness value of Rz = 10 µm can occur when grinding a workpiece made of corundum generate a roughness of Rz = 5 µm for this workpiece, for example. It is about half the roughness value of the workpiece with respect to the Roughness value of the tool generated.

Durch das vorherige Aufrauhen eines glatten Grundkörpers mit einem Diamant werkzeug, beispielsweise einer Läppscheibe mit grober Körnung, kann vor teilhaft ein Verfahrensschritt, nämlich der der Vorbekeimung, eingespart wer den. Dies erspart Zeit und Kosten bei der Herstellung der Beschichtung des Schleifwerkzeuges.By roughening a smooth base with a diamond tool, for example a lapping disc with a coarse grit, can be used partially saved a procedural step, namely that of pre-germination the. This saves time and costs in the production of the coating of the Grinding tool.

Reference list

11

Grundkörper
Basic body

22nd

Oberfläche
surface

33rd

Diamantwerkzeug
Diamond tool

44th

Diamantkörner
Diamond grains

55

Düse
jet

66

Sand
sand

77

Zwischenschicht
Intermediate layer

88th

Diamantschicht
Diamond layer

99

Filament
Filament

1010th

Diamantschicht
Diamond layer

1111

Schicht aus graphitisch gebundenem Kohlenstoff
Layer of graphitically bound carbon

1212th

Diamantkristall
SSpanraum
Diamond crystal
S chip room

Claims

1. Process for producing a coating on a grinding tool,
in which a rough diamond coating or layer ( 8 , 10 ) is produced on the surface ( 2 ) of a base body ( 1 ) of the grinding tool by gas phase deposition as an abrasive coating,
and in which this diamond layer ( 8 , 10 ) is deposited on the grinding tool using the hot wire CVD (HF-CVD) method,
and in which the texture of the coating ( 8 , 10 ) is adjusted so that as many tips as possible are free.

2. The method according to claim 1, characterized in that the diamond layer ( 8 , 10 ) is deposited directly as a phase-closed layer on the grinding tool base body ( 1 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the diamond layer ( 8 , 10 ) is deposited together with small amounts of graphitically bound carbon on the base body ( 1 ) of the grinding tool.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 2 ) of the base body ( 1 ) is rough or substantially po rös or is roughened.

5. The method according to claim 4, characterized in that granular diamond material or a diamond tool is used for roughening the base body ( 1 ).

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the base body ( 1 ) is roughened by means of a lapping disk ( 3 ) with a large grain size, in particular with a grain size »10 µm, or in the rolling process.

7. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the base body ( 1 ) is sandblasted before it is coated with the diamond layer ( 8 , 10 ).

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the base body ( 1 ) is roughened just enough that the diamond layer ( 8 , 10 ) adheres well, and the tolerances to be fulfilled by the tool are not exceeded .

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the texture of the coating ( 8 , 10 ) is adjusted so that a (111) - or (110) texture is formed.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the individual diamond crystals ( 12 ) of the coating ( 8 , 10 ) grow as large as possible.

11. The method according to claim 10, characterized, that secondary nucleation is avoided.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a substrate temperature of T = 900 to 1000 ° C is set, and that a methane content of 1.0 to 1.2% is set.

13. The method according to claim 12, characterized, that the proportion of the graphitic inserted in the diamond layer bound carbon by changing the methane content in the gas phase separation is changed.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the diamond layer ( 8 , 10 ) by changing the coating temperature, time and gas composition is set homogeneously.

15. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the diamond layer is phase-pure on the base body grows up, and that with completely closed diamond layer and one Layer thickness of in particular 2 microns during the running gas phases separation process, the gas phase is changed so that graphi table-bound carbon and diamond can be separated at the same time.

16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as a material for the base body ( 1 ) one with a substantially large porosity, in particular with a porosity of 12 to 15%, and / or a material with a small coefficient of expansion, especially with a coefficient of expansion of 1.3. 10 ^-6 1 / K to 1.6. 10 ^-6 1 / K is selected.

17. Use of the method according to one of the preceding claims Coating of conventional grinding tools, such as pencils or Cutting discs or tools for honing.